JP2003530059A - 汎用の入力／直流出力変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回路（１００）は、受け取る電力に無関係に入力から所望の電圧の直流出力を供給する。この回路（１００）において、整流器（１０１）は、交流入力を直流に変換し、又は、直流入力を所望の極性に変える。ブースト・コンバータ（１１０）は、整流器（１０１）から第１の電圧を有する直流電流を受け取り、少なくとも最小電圧を有する直流電流を出力する。最後に、バックブースト・コンバータ（１２０）は、少なくとも最小電圧を持つ直流電流を受け取り、所望の電圧を有する直流を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 発明の属する技術分野 本発明は、一定電圧の直流を負荷へ供給する回路に関する。さらに詳細には、
本発明は、電源から可変電圧の交流又は直流を受け取り、一定電圧の直流を出力
する回路に関する。より詳細には、本発明は、交流又は直流電圧源から電力を受
け取り、一定電圧の直流をコリオリ流量計の計器電子回路における信号調整装置
に供給する回路に関する。

【０００２】 課題 問題は、国が違うと、また、国の地域が異なるときでさえ、電気が異なる方法
及び異なる電圧で分配されることである。或る国は直流電気を供給し、他の国で
は交流電気を供給する。異なる施設での配線が異なる方法及び電圧で電気を伝え
る場合に問題は悪化する。

【０００３】 世界中へ輸送される電子コンポーネントの製造業者は、一定の電流及び電圧の
電気を負荷に供給するための方法を常に模索している。一定の電流及び電圧を負
荷に供給する能力は、一つの電源を当該コンポーネントに対して使用できるので
、実質的な開発・製造時間を節約することになる。

【０００４】 これが特別な問題になる１つの装置は、コリオリ流量計である。コリオリ質量
流量計は、流量計内の導管を流れる物質の質量流量及び他の情報を測定する。例
示的なコリオリ流量計は、Ｊ．Ｅ．スミス等への１９７８年８月２９日付けの米
国特許第４，１０９，５２４号、１９８５年１月１日付けの米国特許第４，４９
１，０２５号及び１９８２年２月１１日付けの米国再発行特許第Ｒｅ．３１，４
５０号で検討されている。これらの流量計は、直線状又は曲線状の構造の一つ以
上の導管を有している。コリオリ質量流量計の各導管の構造には一組の固有振動
モードがあり、それは単純な曲げ、ねじれ又は結合型である。各導管はこれらの
固有モードの一つで共振状態で振動するように駆動される。物質は流量計の入り
口側に結合されたパイプラインから流量計に流入し、一つ又は複数の導管を通る
よう向きを変えられ、流量計の出口側を通って流量計から流出する。物質により
満たされ且つ振動しているシステムの固有振動モードは、導管と該導管内を流れ
ている物質との質量の組み合わせにより部分的に定義される。

【０００５】 流量計を通過する流れが存在しない場合には、導管に沿った全ての点が、駆動
力の印加により、同じ位相又は修正可能な小さな一定の初期位相オフセットで振
動する。物質が流れ始めると、コリオリ力により、導管に沿った各点は異なる位
相を有するようになる。導管の入り口側の位相は駆動装置より遅れ、導管の出口
側の位相は駆動装置より進む。導管上のピックオフ・センサは、導管の運動を表
す正弦波信号を生成する。ピックオフ・センサから出力された信号は、ピックオ
フ・センサ間の位相差を決定するように処理される。二つのピックオフ・センサ
信号間の位相差は、導管を通る物質の質量流量に比例する。

【０００６】 コリオリ流量計における計器電子回路は、駆動装置へ駆動信号を供給すると共
に、物質の質量流量及び他の特性を決定するためにピックオフ・センサからの信
号を処理する。コロラド州（アメリカ）のボールダのマイクロ・モーション社な
どのコリオリ流量計製造業者は、世界中の様々な国々へコリオリ流量計を販売し
ており、直流であり電源に無関係に一定電圧を有する電力を計器電子回路に供給
する回路を所望している。

【０００７】 解決手段 上記の及び他の課題は、任意の電圧の交流又は直流の入力から一定電圧の直流
を出力する電力供給回路により解決され、技術の進歩がなされる。本発明の一つ
の利点は、どこの場所でコンポーネントが使用されているかに関係なく、製造さ
れるコンポーネントに一つの電力供給回路を配置しなければならないという点に
ある。これにより、コンポーネントの製造コストが低減されるだけでなく、コン
ポーネントの開発時間が短縮される。

【０００８】 本発明に従うと、電源に無関係に入力から所望の電圧の直流出力を供給する回
路は以下の要素を備える。整流器は、入力電流を受け取って、交流入力を直流に
変換し、又は、直流入力を所望の極性に変える。ブースト・コンバータは、整流
器から直流電流を受け取り、少なくとも最小電圧を有する電流を出力する。整流
器から受け取られた直流電流は未知の電圧を有しており、ブースト・コンバータ
は、電流が当該最小電圧を有しない場合には、電圧を最小レベルに単に昇圧する
。バック（buck）ブースト・コンバータと呼ばれる第２のブースト・コンバータ
は、少なくとも最小電圧を有する直流を受け取り、所望の電圧を有する直流を出
力する。

【０００９】 また、上記回路は、バックブースト・コンバータと負荷との間にガルバーニ電
気の障壁を提供する変圧器を更に備え得る。ガルバーニ電気の障壁は、過度の電
流、電圧又は電力が負荷に印加されるのを防止する。また、上記回路は、過度の
電流が負荷に印加されるのを防止する出力整流器を更に備え得る。光結合型フィ
ードバックが出力整流器に結合される。光結合型フィードバックは、バックブー
スト・コンバータから出力される電流を調整するバックブースト・フィードバッ
ク制御部に信号を供給する。

【００１０】 また、上記回路は、ブースト・コンバータにより出力される少なくとも最小電
圧の電流出力を維持する制御回路を更に備え得る。また、上記回路は、制御回路
に印加される電圧を調整する始動回路を更に備え得る。

【００１１】 この発明の上記の及び他の利点は、詳細な説明及び図面に記述される。 詳細な説明 図１は、本発明に従う電力供給回路１００を示している。電力供給回路１００
は、最大電圧までの任意の電圧の交流又は直流の入力電流を受け取り、所望の電
圧で直流を出力する。これにより、負荷が世界中のどこで販売されているかに関
係なく、同じ電力供給を利用して負荷への供給を行うことが可能となる。

【００１２】 電力供給回路は、経路１０２Ａ、１０２Ｂを介して入力電流を受け取る整流器
１０１を有する。入力電流は交流又は直流であってよく、任意の電圧を有し得る
。整流器１０１は、交流電流を直流電流に変換し、必要ならば直流電流の極性を
変える従来の整流器である。整流器１０１の利点は、直流がいずれの極性におい
ても印加され得ることである。適切な極性及び同じ入力電圧を有する直流電流が
整流器１０１により経路１０３へ印加される。

【００１３】 ブースト・コンバータ１１０は、経路１０３へ印加された直流電流を受け取り
、直流電流の電圧を少なくとも最小値に昇圧する。ブースト・コンバータ１１０
は従来のブースターである。直流電流の電圧が最小電圧よりも大きい場合には、
直流電流は変化せずにブースト・コンバータ１１０を通過する。

【００１４】 ブースト・コンバータ１１０からの直流出力は経路１１１へ印加される。バッ
ク（buck）ブースト・コンバータは、経路１１１へ印加された直流を受け取る。
バックブースト・コンバータは直流を受け取って、該直流を所望の電圧へ昇圧し
又は所望の電圧に制限する。バックブースト・コンバータ１２０は従来のＳＥＰ
ＩＣブースターであり得る。次いで、所望の電圧の直流が経路１２１Ａ、１２１
Ｂへ出力される。

【００１５】 変圧器１３０はバックブースト・コンバータ１２０の出力に結合される。変圧
器１３０は、電力供給回路１００と負荷（図示せず）との間にガルヴァーニ電気
の障壁を提供する。ガルバーニ電気の障壁は、過度の電流、電圧又は電力が負荷
へ印加されるのを防止する。これは、電力供給回路１００が本質的に安全な負荷
、すなわち、揮発性物質を点火し得るスパークや熱を生成し得るに足るエネルギ
ーを有しない負荷に対して直流を供給する場合に重要である。

【００１６】 変圧器１３０上の直流は経路１２４Ａ、１２４Ｂに印加される。経路１２４Ａ
、１２４Ｂ上の直流は、任意の過度の電流が負荷（図示せず）に印加されるのを
防止する出力整流器／フィルタ１４０に印加される。次いで、直流電流が出力整
流器／フィルタ１４０から出力されて負荷に印加される。

【００１７】 また、出力整流器／フィルタ１４０からの直流は経路１４１へ印加される。光
結合型フィードバック１４２は経路１４１から直流を受け取り、該直流を表す光
信号を生成し、該信号をフィードバック制御部１２３へ送信する。フィードバッ
ク制御部１２３は、バックブースト・コンバータ１２０の直流電圧を経路１２２
により調整する従来のフィードバック・ループ回路である。フィードバック制御
部１１５は、ブースト・コンバータ１１０からの直流出力を経路１１２を介して
受け取って経路１１３により電圧出力を制御する従来のフィードバック・ループ
回路である。

【００１８】 始動バイアス回路１０５は整流器１０１から直流を受け取る。該始動バイアス
回路は、制御部１１５、１２３へ印加される電圧及び電流を制限する。電力が始
めに印加されると、始動バイアス回路は、所望レベルで動作を開始させるよう、
制御された量の回路のみが制御部１１５、１２３に印加されるようにする。

【００１９】 図２は、本発明に従った電力供給回路１００を計器電子回路２５０に組み込ん
だコリオリ流量計２００を示している。コリオリ流量計２００は、流量計アセン
ブリ２１０及び計器電子回路２５０を備える。計器電子回路２５０は導線２２０
を介して計器アセンブリ２１０に結合され、例えば密度、質量流量、体積流量、
合計質量流量等の情報を経路２７５へ提供する。コリオリ流量計の構造について
の記述がなされているが、当業者には明らかなように、本発明は交流電圧の電流
を必要とする負荷を有する任意の装置と結合して実施され得るものである。

【００２０】 コリオリ流量計の構造についての記述がなされているが、当業者には明かなよ
うに、本発明は、導管を流れる物質の特性を測定するために振動する導管を有す
る任意の装置と結合して実施され得るものである。そのような装置の第２の例は
、コリオリ質量流量計により提供される付加的な測定能力を有しない振動管密度
計である。

【００２１】 計器アセンブリ２１０は、フランジ２０１、２０１’の組、マニホールド２０
２及び導管２０３Ａ、２０３Ｂを備えている。駆動装置２０４、ピックオフ・セ
ンサ２０５，２０５’及び温度センサ２０７は、導管２０３Ａ、２０３Ｂに結合
されている。ブレース・バー２０６，２０６’は、各導管がその周囲を振動する
軸Ｗ、Ｗ’を規定するよう動作する。

【００２２】 測定されているプロセス物質を運ぶパイプライン系統（図示されていない）へ
コリオリ流量計２００が挿入されると、物質はフランジ２０１を通って流量計ア
センブリ２１０に入り、マニホールド２０２を通過し、導管２０３Ａ、２０３Ｂ
に入るように向きを変える。次いで、物質は導管２０３Ａ、２０３Ｂを通って流
れ、マニホールド２０２へ戻ってフランジ２０１’を通過し、計器アセンブリ２
１０から出る。

【００２３】 導管２０３Ａ、２０３Ｂは、それぞれ曲げ軸Ｗ−Ｗ及びＷ’−Ｗ’に関して実
質的に同じ質量分布、慣性モーメント及び弾性率を持つように選択され、適切に
マニホールド２０２に取り付けられる。導管２０３Ａ−２０３Ｂは実質的に平行
にマニホールドから外側へ延びている。

【００２４】 導管２０３Ａ−２０３Ｂは、駆動装置２０４により、各曲げ軸Ｗ、Ｗ’に関し
て反対方向に、流量計のいわゆる第1の位相ずれ曲げモードで駆動される。駆動
装置２０４は、多くの既知の構成のうちの任意の一つ、例えば、導管２０３Ａに
取り付けられる磁石と導管２０３Ｂに取り付けられ且つ管の振動のために交流が
流される対向コイルなどを備えることができる。適切な駆動信号が、計器電子回
路２５０により経路２１２を介して駆動装置２０４に印加される。

【００２５】 導管の振動を測定するため、ピックオフ・センサ２０５、２０５’が、導管２
０３Ａ、２０３Ｂのうちの少なくとも一方の導管の対向端に取り付けられる。導
管２０３Ａ−２０３Ｂが振動すると、ピックオフ・センサ２０５−２０５’は第
１のピックオフ信号及び第２のピックオフ信号を生成する。第１のピックオフ信
号及び第２のピックオフ信号は経路２１１及び２１１’に印加される。駆動装置
速度信号は経路２１２へ印加される。

【００２６】 温度センサ２０７が、少なくとも一つの導管２０３Ａ及び／又は２０３Ｂに取
り付けられる。温度センサ２０７は、システムの温度に対する式を修正するため
に導管の温度を測定する。経路２１１’’は、温度センサ２０７からの温度信号
を計器電子回路２５０へ運ぶ。

【００２７】 計器電子回路２５０は、経路２１１上に現われる第１のピックオフ信号及び経
路２１１’上に現われる第２のピックオフ信号を受け取る。計器電子回路２５０
は第１の速度信号及び第２の速度信号を処理し、流量計アセンブリ２１０を通過
する物質の質量流量、密度又は他の特性を計算する。この計算された情報は、計
器電子回路２５０により経路２７５を介して利用手段（図示せず）へ印加される
。当業者には公知のように、コリオリ流量計２００は構造において振動管密度計
に極めて似ている。振動管密度計も流体が流れる振動管を利用しており、サンプ
ル型密度計の場合には、流体がその中に保持される振動管を利用する。振動管密
度計も、導管を振動させるよう励振する駆動システムを利用する。密度測定は周
波数の測定のみを必要とし、位相測定は不要であるので、振動管密度計は、典型
的には、単一のフィードバック信号のみを利用する。本発明のここでの記述は、
振動管密度計にも等しく当てはまる。

【００２８】 コリオリ流量計２００において、計器電子回路２５０は物理的に二つの構成要
素、すなわち、ホスト・システム２７０と信号調整装置２６０とに分割される。
従来の計器電子回路においては、これらの構成要素は単一のユニットに収容され
ている。

【００２９】 信号調整装置２６０は、駆動回路２６３及びピックオフ調整回路２６１を備え
る。当業者は認識するように、駆動回路２６３及びピックオフ調整回路２６１は
、実際には、別々のアナログ回路であっても、デジタル信号プロセッサ又は他の
デジタル構成要素により提供される別々の機能であってもよい。駆動回路２６３
は駆動信号を生成し、交流駆動電流を経路２２０の経路２１２を介して駆動装置
２０４へ印加する。

【００３０】 実際には、経路２１２は第１の導線及び第２の導線である。駆動回路２６３は
、経路２６２を介してピックオフ信号調整回路２６１へ通信可能に結合されてい
る。経路２６２は、駆動回路が入力ピックオフ信号を監視して駆動信号を調整す
ることができるようにする。駆動回路２６３及びピックオフ信号調整回路２６１
を動作させる電力は、ホスト・システム２７０から第１のワイヤ２７３及び第２
のワイヤ２７４を介して供給される。第１のワイヤ２７３及び第２のワイヤ２７
４は、従来の２線、４線ケーブルの一部分又はマルチペア・ケーブルの部分であ
り得る。

【００３１】 ピックオフ信号調整回路２６１は、第１のピックオフ・センサ２０５、第２の
ピックオフ・センサ２０５’及び温度センサ２０７から経路２１１，２１１’、
２１１’’を介して入力信号を受け取る。ピックオフ回路２６１はピックオフ信
号の周波数を決定し、導管２０３Ａ−２０３Ｂを流れる物質の特性を決定する。
ピックオフ・センサ２０５−２０５’からの入力信号の周波数と物質の特性とが
決定されると、この情報を運ぶパラメータ信号が生成され、経路２７６を介して
ホスト・システム２７０の第２の処理装置２７１へ伝送される。好適な実施の形
態においては、経路２７６は２本の導線を含む。しかし、当業者は認識するよう
に、経路２７６は第１のワイヤ２７３と第２のワイヤ２７４とにより、又は他の
任意の数のワイヤで媒介され得る。

【００３２】 ホスト・システム２７０は、電力供給回路２７２及び処理システム２７１を備
える。電力供給回路２７２は、電源から電気を受け取り、受け取った電気をシス
テムにより必要とされる適切な電力へ変換する。電力供給回路２７２は、入力電
流が交流であるか直流であるかに無関係に、また、入力電流の電圧に関係なく、
所望の電圧の直流電流を供給するよう、本発明に従って電力供給回路１００（図
１）を組み込むことができる。処理システム２７１はピックオフ信号調整回路２
６１からパラメータ信号を受け取り、導管２０３Ａ−２０３Ｂを通って流れる物
質の特性を提供するためにユーザにより必要とされる処理を実行する。そのよう
な特性は密度、質量流量、体積流量を含み得るが、それらに限定されるものでは
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る電力供給のための回路を示す図である。

【図２】 本発明に従って動作する電力供給のための回路を組み込んだコリオリ流量計を
示す図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受け取る電力に無関係に所望の電圧の直流出力を供給する回
   路（１００）であって、 交流入力を直流へ変換し、直流入力を所望の極性に変える整流器（１０１）と
   、 前記整流器から第1の電圧を有する直流電流を受け取り、少なくとも最小電圧
   を有する電流を出力するブースト・コンバータ（１１０）と、 前記少なくとも最小電圧を有する前記直流電流を受け取り、所望の電圧を有す
   る電流を出力するバックブースト・コンバータ（１２０）と、 を具備する回路。
2. 【請求項２】 前記バックブースト・コンバータ（１２０）と負荷との間に
   ガルバーニ電気の障壁を提供する変圧器（１３０）を更に備える、請求項１に記
   載の回路（１００）。
3. 【請求項３】 前記回路からの過度の電流を防止する出力整流器（１４０）
   を更に備える、請求項２に記載の回路（１００）。
4. 【請求項４】 前記出力整流器（１４０）に結合された光結合型フィードバ
   ック（１４２）と、 前記バックブースト・コンバータからの電流出力を調整するバックブースト・
   フィードバック制御部（１２３）と、 を更に備える、請求項３に記載の回路。
5. 【請求項５】 前記ブースト・コンバータから出力される電流の前記少なく
   とも最小出力電圧を維持する制御回路（１１５）を更に備える、請求項１に記載
   の回路。
6. 【請求項６】 前記制御回路（１１５）に印加される電圧を調整する始動回
   路（１０５）を更に備える、請求項５に記載の回路。
7. 【請求項７】 コリオリ流量計の計器電子回路に対する電力供給部である、
   請求項１に記載の回路。